بررسی تأثیر پوشش دولایه با نانومواد زیست‌تخریب‌پذیر روی خواص کاغذ کرافت رویه سفید سردخانه‌ای

ابراهیم‌پور کاسمانی, جعفر; ثمریها, احمد

doi:10.48301/kssa.2023.382580.2425

بررسی تأثیر پوشش دولایه با نانومواد زیست‌تخریب‌پذیر روی خواص کاغذ کرافت رویه سفید سردخانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

جعفر ابراهیم‌پور کاسمانی ¹

احمد ثمریها ²

¹ دانشیار، گروه مهندسی چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران.

² استادیار، گروه صنایع چوب، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

10.48301/kssa.2023.382580.2425

چکیده

این بررسی با هدف تأثیر پوشش لایه‌ای نانو پلی‌اورتان و نانورس روی بهبود خواص کاغذ کرافت رویه سفید سردخانه‌ای مورد استفاده در صنعت بسته‌بندی انجام شد. برای این منظور کاغذ کرافت رویه سفید با وزن پایه 131 گرم بر مترمربع تهیه و مورد آزمون قرار گرفت. برای پوشش‌دهی سطح کاغذ، ابتدا نانو پلی‌اورتان با روش پاشش توسط یک نازل به مقدار حدود 15 گرم بر مترمربع بر سطح کاغذ رویه سفید اعمال شد. در مرحلۀ دوم، برای بهبود عملکرد مادۀ پوششی مرحلۀ اول، سطوح کاغذ کرافت رویه سفید سردخانهای با نانو رس توسط یک دستگاه پوشش‌دهنده آزمایشگاهی پوشش داده شد. در این مرحله، مادۀ پوششی به مقدار 27 گرم بر مترمربع بر سطح رویی کاغذ کرافت رویه سفید پوشش داده شد. بعد از پوشش‌دهی با مهارشدن، نمونه‌ها ﺩﺭ ﺩﻣﺎی ﺍﺗﺎﻕ ﺑﻪ ﻣﺪﺕ ﻳﻚ ﺭﻭﺯ ﺧﺸﻚ ﺷﺪﻧﺪ تا مادۀ پوششی بر سطح آن تثبیت شود. سپس نمونه‌ها در داخل فریزر به مدت 2 و 4 ماه قرار گرفته و در ادامه خواص آنها اندازه‌گیری شد. قبل از آزمون‌ها نمونه‌های شاهد و پوشش داده شده در شرایط محیطی استاندارد (دمای 20 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 65%) قرار گرفتند. نتایج نشان داد که پوشش‌دهی (شاهد) باعث افزایش ضخامت، صافی سطح و مقاومت لهیدگی حلقوی کاغذ در جهت ماشین و کاهش جذب آب، روشنی و سایر خواص مکانیکی نظیر شاخص مقاومت در برابر کشش در جهت ماشین و در جهت عرضی ماشین، شاخص مقاومت در برابر ترکیدن، شاخص مقاومت در برابر پارهشدن در جهت ماشین و در جهت عرضی ماشین و مقاومت لهیدگی حلقوی کاغذ در جهت عرضی ماشین گردید. در نمونه‌های پوشش‌دهی فریز شده با افزایش ضخامت و صافی سطح، کاهش سایر خواص مکانیکی مشاهده شد. نمونه‌های دو بار پوشش‌دهی شده منافذ بسیار کمی را نشان داد. ضخامت، صافی سطح کاغذ کرافت رویه سفید دو بار پوشش‌دهی و شده نسبت به نمونۀ شاهد به ترتیب 30/8، 37/7 درصد افزایش را نشان داد. جذب آب، مقاومت در برابر ترکیدن، مقاومت در برابر پاره‌شدن در جهت ماشین، مقاومت در برابر پاره‌شدن در جهت عرض ماشین، مقاومت در برابر کشش در جهت ماشین، مقاومت در برابر کشش در جهت عرض ماشین، مقاومت لهیدگی حلقوی کاغذ در جهت ماشین و مقاومت لهیدگی حلقوی کاغذ در جهت عرض ماشین و روشنی کاغذ کرافت رویه سفید دو بار پوشش‌دهی شده نسبت به نمونۀ شاهد به ترتیب 151، 87/4، 15، 13، 104/2، 103/2، 67/1، 82/3 و 11/8 درصد کاهش را نشان داد. با توجه به نتایج به دست آمده، پیشنهاد می‌شود کاغذهایی مانند مقوای بسته‌بندی مایعات، پاکت‌های آبمیوه و شیر که کاربردهای زیادی در بسته‌بندی مواد غذایی دارند با این پوشش‌ها البته با زمان‌های متفاوت‌تر مورد آزمون قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

پوشش

لایه‌ای

نانومواد

زیست‌تخریب‌پذیر

رویه سفید

دمای صفر

موضوعات

صنایع چوب

عنوان مقاله English

Investigating the Effect of Double-layer Coating with Biodegradable Nanomaterials on the Properties of White Top Cartons Used at Sub-zero Temperatures

نویسندگان English

Jafar Ebrahimpour Kasmani ¹

Ahmad Samariha ²

¹ Associate Professor, Department of Wood and Paper Science & Technology, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran.

² Department of Wood Industry, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.

چکیده English

This study was conducted with the aim of investigating the effect of layer coating of nano polyurethane and nanoclay on improving the properties of cold-storage white top kraft paper used in the packaging industry. For this purpose, white top kraft paper with a base weight of 131 g.m^-2 was prepared and tested. To cover the surface of the paper, nano-polyurethane was first applied by spraying with a nozzle in an amount of about 15 g.m^-2 on the surface of the white top paper. In the second stage, to improve the performance of the coating material of the first stage, the surfaces of cold-storage white top kraft paper were covered with nanoclay by a laboratory coating machine. In this step, the coating material was coated with the amount of 27 g.m^-2 on the upper surface of white kraft paper. After being coated and restrained, the samples were dried at room temperature for one day to stabilize the coating material on its surface. Then, the samples were placed inside the freezer for 2 and 4 months and their properties were measured. Before the tests, the control and coated samples were placed in standard environmental conditions (at a temperature of 20 ^οC and relative humidity 65%). The results showed that the coating (control) increased the thickness, smoothness of the surface, and the resistance against the ring crush of the paper in the direction of the machine and reduced the water absorption, brightness and other mechanical properties such as the tensile strength index machine direction (MD) and cross direction (CD), burst strength index, tear strength index (MD and CD), and ring crush test in the cross direction in frozen coating samples with increasing thickness and surface smoothness; a decrease in other mechanical properties was observed. The samples coated twice showed very few pores. The thickness and surface smoothness of white coated kraft paper showed an increase of 30.8% and 37.7%, respectively, compared to the control sample. Water absorption, burst strength index, tear strength index (MD and CD), tensile strength index (MD and CD), ring crush test (MD and CD), and the brightness of the double-coated white kraft paper compared to the control sample, respectively showed a decrease of 151, 87.4, 15, 13, 104.2, 103.2, 67.1, 82.3 and 11.8%. According to the obtained results, it is recommended that papers such as liquid packaging cardboard, juice and milk packets, which have many applications in food packaging, should be tested with these coatings with different times.

کلیدواژه‌ها English

Coating

Layered

Nano Materials

Biodegradable

White Top

Zero Temperature

[1] Scott, W. (2006). Basics of paper characteristics: structural, mechanical, optical (E. Afrabandpi, Trans.). Ayezh. https://www.adinehbook.com/gp/product/964839783X

[2] Herrera, M. A., Mathew, A. P., & Oksman, K. (2017). Barrier and mechanical properties of plasticized and cross-linked nanocellulose coatings for paper packaging applications. Cellulose, 24(9), 3969-3980. https://doi.org/10.1007/s10570-017-1405-8

[3] Raheem, D. (2017). Application Of Plastics And Paper As Food Packaging Materials - An Overview. Emirates Journal of Food and Agriculture, 25(3), 177-188. https://doi.or g/10.9755/ejfa.v25i3.11509

[4] Yoon, S-Y., & Deng, Y. (2006). Clay–starch composites and their application in papermaking. Journal of Applied Polymer Science, 100(2), 1032-1038. https://doi.org/10.1002/ap p.23007

[5] Trezza, T. A., & Vergano, P. J. (1994). Grease Resistance of Corn Zein Coated Paper. Journal of Food Science, 59(4), 912-915. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1994.tb08156.x

[6] Hirvikorpi, T., Vähä-Nissi, M., Harlin, A., Marles, J., Miikkulainen, V., & Karppinen, M. (2010). Effect of corona pre-treatment on the performance of gas barrier layers applied by atomic layer deposition onto polymer-coated paperboard. Applied Surface Science, 257(3), 736-740. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.07.051

[7] Marzbani, P., Azadfallah, M., Yousefzadeh, M., Najafi, F., & Pourbabaee, A. A. (2020). A novel paper packaging coated with polyethylene wax based dispersion barrier coating for food packaging applications. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 11(1), 85-95. https://www.ijwp.ir/article_36139.html?lang=en

[8] Gällstedt, M., Brottman, A., & Hedenqvist, M. S. (2005). Packaging-related properties of protein- and chitosan-coated paper. Packaging Technology and Science, 18(4), 161-170. https://doi.org/10.1002/pts.685

[9] Cutter, C. N. (2006). Opportunities for bio-based packaging technologies to improve the quality and safety of fresh and further processed muscle foods. Meat Science, 74(1), 131-142. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2006.04.023

[10] Marzbani, P., Resalati, H., Ghasemian, A., & Shakeri, A. (2016). Surface modification of talc particles with phthalimide: study of composite structure and consequences on physical, mechanical, and optical properties of deinked pulp. BioResources, 11(4), 8720-8738. https://doi.org/10.15376/biores.11.4.8720-8738

[11] Vaezi, K., & Asadpour, G. (2021). Preparation and characterization of the cellulose nanocrystal properties from recycled papers and its application as a reinforcement agent in the hydroxypropyl methyl cellulose/cationic starch nanocomposite for use in food packaging industries. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 36(3), 243-255. https://doi.org/10.22092/ijwpr.2021.354193.1674

[12] Rezayati Charani, P., Moradian, M. H., & Saadatnia, M. A. (2018). Sequence analysis using cellulose nanofibers, cationic starch and polyacrylamide in the paper tensile strength. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 25(3), 73-86. https:// doi.org/10.22069/jwfst.2018.14657.1730

[13] Irimia-Vladu, M. (2014). “Green” electronics: biodegradable and biocompatible materials and devices for sustainable future. Chemical Society Reviews, 43(2), 588-610. https: //doi.org/10.1039/C3CS60235D

[14] Sodifi, B., Nazarnezhad, N., & Sharifi, H. (2021). Investigation of barrier properties of the coated and treated papers with polycaprolactone/cellulose nanocrystals/ZnO nanoparticles. Journal of food science and technology, 17(107), 91-105. https://doi.org/10.52547/f sct.17.107.91

[15] Tatari, A., & Shekarian, E. (2014). The importance of cellulosic derivatives in production of the biodegradable films for food packaging applications. Journal of Packaging Sciencd and Techniques, 5(19), 22-31. https://packaging.ihu.ac.ir/article_201371.ht ml?lang=en

[16] Guillaume, C., Pinte, J., Gontard, N., & Gastaldi, E. (2010). Wheat gluten-coated papers for bio-based food packaging: Structure, surface and transfer properties. Food Research International, 43(5), 1395-1401. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.04.014

[17] He, Y., Li, H., Fei, X., & Peng, L. (2021). Carboxymethyl cellulose/cellulose nanocrystals immobilized silver nanoparticles as an effective coating to improve barrier and antibacterial properties of paper for food packaging applications. Carbohydrate Polymers, 252, 117156. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117156

[18] Nechita, P., & Roman , M. (2020). Review on Polysaccharides Used in Coatings for Food Packaging Papers. Coatings, 10(6), 566. https://doi.org/10.3390/coatings10060566

[19] Santos, F. K. G. D., Silva, K. N. D. O., Xavier, T. D. N., Leite, R. H. D. L., & Aroucha, E. M. M. (2017). Effect of the addition of carnauba wax on physicochemical properties of chitosan films. Materials Research, 20(Suppl 2), 479-484. https://doi.org/10.159 0/1980-5373-MR-2016-1010

[20] Pournasir, N., Peighambardoust, S. J., & Peighambardoust, S. H. (2016). Investigation of physical, mechanical and antibacterial properties of nanobiocomposite films based on starch containing metallic nanoparticles such as silver, zinc oxide and cooper oxide. Innovative Food Technologies, 4(2), 17-32. https://doi.org/10.22104/jift.2016.386

[21] Armand, K., & Ghasemiyan, A. (2020). Effect of coating paper using chitosan and modified polylactic acid. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 35(4), 321-331. https://doi.org/10.22092/ijwpr.2020.342709.1607

[22] Aloui, H., Khwaldia, K., Slama, M. B., & Hamdi, M. (2011). Effect of glycerol and coating weight on functional properties of biopolymer-coated paper. Carbohydrate Polymers, 86(2), 1063-1072. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.06.026

[23] Asadi Khansari, R., & Dehghani Firouzabadi, M. (2014). Introduce of new paper and cardboard in food packaging. Journal of packaging science and technology, 4(16), 46-57. https://packaging.ihu.ac.ir/article_201352.html

[24] Ghanbari, H., Ebrahimpour Kasmani, J., & Samariha, A. (2019). Improving Printing And Writing Paper Properties By Coating With Nanoclay Montmorillonite (K10). Cellulose Chemistry and Technology, 53(3-4), 395-403. https://doi.org/10.35812/CelluloseCh emTechnol.2019.53.40

[25] Ebrahimpour Kasmani, J., Mahdavi, S., Samariha, A., & Nemati, M. (2013). Mechanical Strength and Optical Properties of LWC Wood-Containing Paper. BioResources, 8(4), 6472-6480. https://doi.org/10.15376/biores.8.4.6472-6480